Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 9
1.1 Водная очистка АВС от диоксида углерода 10
1.2 Очистка с помощью ДЭПГ 12
1.3 Очистка с помощью пропиленкарбоната 12
1.4 Очистка газов от диоксида углерода водными растворами карбонатов щелочных металлов 14
1.5 Очистка газов от двуокиси углерода методом низкотемпературной абсорбции метанолом 15
1.6. Очистка газов от СО2 водными растворами аминов 16
1.7 Очистка газа растворами диизопропиламина 20
1.8 Метанирование 21
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 23
2.1 Очистка конвертированного газа от диоксида углерода 23
2.2 Характеристика сырья, продуктов и полупродуктов 24
2.3 Описание системы аминовой очистки газов 28
2.4 Проблемы применения угольных фильтров 33
3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 35
3.1 Расчет материального баланса абсорбера очистки газа с МДЭА абсорбентом 35
3.2 Расчет теплового баланса абсорбера с МДЭА абсорбентом 48
4 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ АМИНОВОЙ ОЧИСТКИ ГАЗОВ 54
4.1 Отчет о проведении работы по определению степени загрязнения раствора МДЭА корпорации «Тольяттиазот» 55
4.2 Очистка раствора МДЭА при помощи мобильной установки 58
4.3 Описание производственного процесса регенерации аминов мобильной установкой 61
4.4 Результаты анализов очистки фильтрами HSSX 62
4.5 Расчет системы очистки 62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 67
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 69
Отрасль минеральных удобрений в России является системообразующей для российского химического комплекса. Отрасль включает производство всех видов агрохимического и полного ассортимента минеральных удобрений, в том числе односторонних азотных и калийных, сложных и комплексных удобрений. В настоящее время в России имеются мощности по производству около 23 млн. т. минеральных удобрений (в пересчете на 100 % питательных веществ) [1].
Большая часть минеральных удобрений производится из аммиака. Последний применяется также для получения других азотсодержащих соединений, например, азотной кислоты. ПАО «Тольяттиазот» является одним из самых крупных предприятий в России по производству аммиака, доля производства составляет 20 % на Российском рынке и 15 % на мировом [2].
Производство NH3 представляет собой многостадийный процесс, в числе стадий которого находится очистка газов от примесей. В процессе очистки конвертированного газа от диоксида углерода применяется метилдиэтаноламин (МДЭА). Очистка газа с помощью МДЭА в настоящее время является многообещающим промышленным процессом. При адсорбции CO2 образовывается [МДЭАЛ]+. Между тем, побочные продукты, такие как SCN-, HCOO-, H3CCOO-, H3CH2CCOO-, образуются в результате реакции между кислородом, H2S и CO2. Затем эти побочные продукты и [МДЭАЛ]+ образуют термостойкие соли (ТСС), которые не могут быть удалены путем регенерации при нагревании [3,4].
Накопление этих солей может привести к коррозии и загрязнению оборудования, и, в свою очередь, к сокращению его срока службы. Более того, пенообразование может привести к потерям МДЭА. Поэтому регенерация МДЭА обычно является промышленно необходимой. Традиционно метод ионного обмена (ИО) применялся для отделения ТСС от реального раствора МДЭА. Однако стоимость метода ИО относительно высока. Частая регенерация обменной смолы может вызвать серьезное вторичное загрязнение из-за образования кислотных и щелочных сточных вод. Кроме того, десульфуризация и опреснение протекают в двух отдельных блоках, процедура очистки газа не последовательна. Чтобы решить эти проблемы, необходимо искать новый подход для удаления ТСС из водного раствора МДЭА [5,6].
Целью данной работы является проведение анализа и разработка метода модернизации процесса очистки конвертированного газа от диоксида углерода, для чего следует выполнить ряд задач:
• проанализировать литературные источники по теме;
• составить характеристику сырья и продуктов реакции на примере ПАО «Т ольяттиазот»;
• изучить физико-химические основы процесса;
• произвести расчет материального и теплового балансов аппарата узла очистки;
• предложить способ модернизации и разработать технологическую схему узла очистки газа.
Решению этих задач посвящено содержание расчетно-пояснительной записки. Объектом данного исследования является производство аммиака. Предметом исследования - узел очистки газа от диоксида углерода. Исследование темы проводится аналитическим, сравнительным и расчетным методом.
В настоящее время ПАО «Тольяттиазот» столкнулся с рядом проблем в системе очистки конвертированного газа от СО2, а именно: образование термостойких солей, пенообразование, снижение концентрации пиперазина, образование коррозии, связанного амина, наличие механический примесей в растворе МДЭА. Все это приводит к высоким энерго- и ресурсозатратам, снижению эффективности производства и частым сбоям оборудования.
Анализ литературных источников позволил сделать вывод о том, что в настоящее время наилучшим способом удаления из АВС углекислого газа является метод аминовой очистки, в частности, раствором МДЭА. Среди растворов аминов именно моноэтаноламин нашел большое применение из-за сильных основных свойств, в то время как диэтаноламин и триэтаноламин в меньшей степени проявляют это свойство. Сравнение моноэтаноламиновой и карбонатной очистки показывает, что предпочтение следует отдать первому методу, так как растворы МДЭА обеспечивают более высокую степень очистки и обладают более высокой абсорбционной емкостью, что позволяет уменьшить объем циркулирующего поглотительного раствора.
В данной работе был рассмотрен процесс очистки конвертированного от углекислого газа на агрегате аммиака № 7 предприятия ПАО «Тольяттиазот» раствором МДЭА. Однако, данный способ имеет и свои существенные недостатки, связанные с регенерацией раствора МДЭА, в связи с чем был предложен путь модернизации, основанный на внедрении современных фильтров HSSX, в состав которых входит алюмоборосиликатное стекло. Данные фильтры способствуют значительному снижению содержания ТСС, способны удалять связанный амин и хлориды, являющиеся основной причиной коррозии.
Применение стационарной установки позволит постоянно поддерживать МДЭА в чистом состоянии. Не будет необходимости в применении активированного угля, антивспенивающих реагентов, ингибиторов коррозии, сократятся затраты на регенерацию амина будет увеличен срок службы основного технологического оборудования, продлится межремонтный пробег установок.
Таким образом, поставленные цели и задачи работы достигнуты.
